真空技术与应用培训课件.ppt

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1、真空技术与应用大氣壓力與緯度之關係大氣壓力隨著離地球表面愈遠而下降，然而其氣體總類的分配比例大致不變在地球大氣層的最外層僅剩下氫氣與氦氣高度上升,壓力減小Eg.坐飛機.大氣壓力與海平面高度之關係真空的區分1.粗略真空（Roughvacuum）：760~1torr2.中度真空（Mediumvacuum）：1~10-3torr3.高真空（Highvacuum）：10-3~10-7torr4.超高真空（Ultra-highvacuum）：10-7torr以下氣流的種類與特性氣流種類λ/d真空範圍黏滯流（Viscousflow）λ/d＜0.01粗略真空過度流（Tra

2、nsitionflow）1＞λ/d＞0.01中度真空分子流（Molecularflow）λ/d＞1高真空或超高真空氣體本身的特性：平均自由徑（Meanfreepath，λ）：氣體分子與氣體分子相繼二次碰撞中所運動之距離的平均值。λ＝1/21/2πndo式中n＝氣體分子密度（氣體分子數/真空室體積）do＝氣體分子的直徑;n↑λ↓,do↑λ↓各種氣流狀態的特性：1.黏滯流包括：a.Re（雷諾數）＞2200,氣流中有渦流產生。b.Re（雷諾數）＜2200,氣流中無渦流存在。∵λ＜＜d∴氣體分子與氣體分子間碰撞頻繁，其次數遠大於氣體分子與管壁之碰撞次數。氣體分子間因

3、黏滯力之作用，使氣體運動有方向性，並與抽氣方向相同，此特性可防止機械幫浦的油氣回流至真空系統；一般管路直徑5cm，壓力0.2torr之氣流為黏滯流，故使用機械幫浦與擴散幫浦組合之抽氣系統，機械幫浦只抽氣至0.2torr。分子流：∵λ＞d∴氣體分子與管壁之碰撞次數較氣體分子與氣體分子間之碰撞為多。氣體分子在管路中之運動為隨意方向，不受抽氣方向的影響。氣體分子動力論氣體特性一般氣體我們視為理想氣體，也就是說氣體分子與氣體分子之間必沒有任何作用力。在實際狀況中，氫氣、氮氣、氧氣或是惰性氣體我們都可視為理想氣體。在一大氣壓下，一立方公尺體積之氣體在室溫22℃下含有2

4、.5x10E25個分子。若將氣體分子視為個別置放在含有等距的格子內，則氣體分子與氣體分子間的距離為3.4x10-9m，該距離為分子大小的6-15倍，因此氣體分子可視為各自獨立之個體，其運動保持直線運動，相互之間沒有作用力。氣體分子之間的碰撞視為彈性碰撞。氣體分子經由碰撞後依舊採取直線運動，因此若與大尺度來看氣體分子的運動情形，將發現氣體的運動行為是隨機的碰撞行為(統計觀念）。理想氣體定律Boyle’sLaw（1662年）在溫度固定時，一定量氣體所產生之壓力與體積成反比PV=constantorP1V1=P2V2Charles’sLaw（1787年）一定量氣體

5、所產生之壓力與溫度成正比V1/T1=V2/T2Dalton’sLaw（1801年）一個混合氣體的總壓力等於每個每個單獨氣體其分壓得總和Avogradro’sLaw（1801年）氣體在固定溫度與體積的條件之下，氣體的壓力大小與氣體分子的數量成正比綜合氣體定律將上面幾個氣體定律可以整合成關係式or在標準溫度與壓力之下（STP）數量為6.02252x1026個的氣體分子，其體積為22.4136立方公尺，我們俗稱一莫耳。氣流與氣導氣體流域:是以氣體本身的性質以及其在管中流動時的相對量為其特點。管路的氣導(Conductance)影響氣導值的參數，除了傳輸氣體的種類及

6、壓力外，還有管路的截面形狀(如圓形、方形或橢圓形等)。其他的因素有長度或管件為直線或具彎角。其他如擋板、冷凝阱、吸收阱、閥件及其他管配件之氣導係數均會在個別技術參數中描述。以下兩點可視為管件選用時的一般性原則：管路的長度越短越好，且須具有足夠的內徑！管徑大小至少須和幫浦進氣端口徑相等。管路作用對有效抽速Seffective的影響所有介於幫浦及腔體(如；高溫真空爐)間的管件及接頭均會產生節流效應(throttleeffect)並使所裝置的幫浦抽氣速率降至有效抽速Seffective!此一經管損後的抽氣速率可以管件氣導的函數表示：連續方程式pVesselxSef

7、f=pPumpxSpump管件的選用須注意越短越好，且須具有正確的內徑大小。氣體的吸附和放出釋氣(Outgassing)(mbar·l)釋氣(outgassing)指的是氣體或水氣由真空腔體內的表面或其他零件釋放出來的過程。此一氣體的釋放量由P·V的乘積表示，其中V為氣體釋放出的體積，即腔體體積；P或更精確以ΔP表示則為因釋氣所造成的壓力增量。釋氣率(Outgassingrate)(mbar·l·s-1)此為一定時間內的釋氣量表示為mbar·l·s-1.釋氣率(Outgassingrate)(mbar·l·s-1·c-2)m單位面積的釋氣率，此一數值與物質的

8、材質與表面狀態有關。電漿放電電漿是離子化具有等量的正